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Sec x 2002 chi pc ÉCOLE POLYTECHNIQUE ÉCOLE SUPÉRIEURE DE PHYSIQUE ET DE CHIMIE INDUSTRIELLES CONCOURS D ? ADMISSION FILIÈRE PC COMPOSITION DE CHIMIE Durée heures L ? utilisation des calculatrices n ? est pas autorisée L ? épreuve comporte deux problèmes

ÉCOLE POLYTECHNIQUE ÉCOLE SUPÉRIEURE DE PHYSIQUE ET DE CHIMIE INDUSTRIELLES CONCOURS D ? ADMISSION FILIÈRE PC COMPOSITION DE CHIMIE Durée heures L ? utilisation des calculatrices n ? est pas autorisée L ? épreuve comporte deux problèmes indépendants Premier problème Silicium silice et silicates Le silicium est un élément abondant de l ? écorce terrestre avec un pourcentage massique voisin de Le problème proposé aborde les aspects structuraux et thermodynamiques de l ? élément silicium de la silice et de silicates minéraux Aucune connaissance particulière relative à la chimie de cet élément n ? est nécessaire I - Étude structurale Le silicium Si a Quelle est la con ?guration électronique du silicium Z dans l ? état fondamental b Préciser la formule de Lewis et la géométrie spatiale des espèces suivantes C H Si SiCl SiF ?? SiF ?? c Le silicium cristallise selon un réseau cristallin semblable à celui du carbone diamant Donner un schéma clair de la maille d Calculer la compacité de cet empilement Quelles sont les valeurs maximales des rayons des lacunes tétraédriques et octaédriques présentes dans cette maille On exprimera ces rayons en fonction du rayon de covalence de l ? atome de silicium rSi puis on donnera les valeurs numériques approchées des rayons des deux types de lacune e Le silicium forme avec le carbone un composé très dur réfractaire et inerte chimiquement le carbure de silicium SiC Sachant que le paramètre de maille a passe de pm dans le silicium à pm dans SiC s ? agit-il d ? un composé de substitution ou d ? insertion Quelle est la nature des interactions entre le silicium et le carbone dans ce composé Données rSi ?? pm rc ?? pm ?? ?? C La silice SiO La silice existe selon la température sous de nombreuses formes cristallines allotropiques en particulier le quartz la tridymite et la cristobalite On peut facilement décrire le réseau cristallin de la cristobalite stable à partir de C de la manière suivante il dérive de la structure du cristal de silicium gr? ce à l ? interposition d ? un atome d ? oxygène entre deux atomes de silicium directement liés a Quelle est le nombre d ? unités formulaires SiO par maille b Quelle est la relation entre l ? arête de la maille a et la somme des rayons rSi rO c Expérimentalement la distance Si-O -Si n ? est pas égale à deux fois la somme précédente justi ?er d La cristobalite fond à C Quelle est la nature des interactions permettant d ? expliquer cette température de fusion élevée II - Étude thermodynamique de la métallurgie du silicium On se propose d ? expliquer les conditions choisies industriellement pour la production du silicium Celle-ci met en ?uvre la réduction de la silice par le carbone dans un four électrique à arc à une température de l ? ordre de C La di ?culté principale tient à ce que l ? on doit éviter la formation de